Aplicacion-de-neumatica-y-control-en-un-proceso-industrial-de-embalaje

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APLlCACION DE NEUMATICA y CONTROL
EN UN PROCESO INDUSTRIAL DE EMBALAJE
T E S I S
Que para obtener el Título de:
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
Presenta :
IRINEO JOEL TOME VIDAL
ASESOR: M.C. GERARDO SOSA
CUAUTITLAN IZCALLI, EDO. DE MEXICO 2005
 
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FACULTAD DEESTUDIOS SUPERIORES CUAUnnAN
UNIDAD DE LAADMINISTRACION ESCOLAR
DEPARTAMENTO DEEXAMENESPROFESIONALES
...\:,' :.:; ~ <., ~.. t.
DR. JUANANTONIO MONTARAZ CRESPO
DIRECTOR DELAFESCUAUTITLAN
PRESENTE
ASUNTO: VOTOS APROBATORIOS
U. N. A. M.
fltUlTAll DE ESIDII
SUPElIORES-CUAUTIJ1II
~
OfPARTAMEN10 DE
ATN: a. FMI~H~R~~1M3 Garcia Mijares
Jefedel Departamento de Exámenes
Profesionales de la FESCuautitlán
Conbase en el arto28 del Reglamento ueneral de Exámenes, nos permitimos comunicar a
usted querevisamos la TESIS:
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industrial de emba laje.
quepresenta -eL- pasante: _..ulru!JJJne='-ow.""lo...e.....J ....TUlJom""'é-JV...i....da....I_--,...-_.,...- _
connümero de cuenta: 8803245.0 paraobtener el titulode :
Ingeniero Mecanico Electr icista
Considerando que dicho trabajo reüne los requisitos necesarios para ser discutido en el
EXAMEN PROFESIONAL correspondiente, otorgamos nuestro VOTO APROBATORIO.
ATENTAMENTE
"PORMI RAZAHABLARA EL ESPIRITU"
Cuautitlán Izcalli, Méx. a -.L- de _---"muaapyo"-- de 2005
PRESIDENTE .1Ml...C..C.....GJGe~r:aJarrcdlo.o~SiaoS.ésaL- _:.:::_.::=~~~~~~T_
VOCAL MeE. Blanca Estela Montañés Montes .~~0tU4"",,",~~~"-L._
SECRETARIO Ing. Reyes Hugo Torres Merino
PRIMER SUPLENTE Ing. Gabriela L6pez S~nchez
SEGUNDO SUPLENTE Ing. Fernando Fier ro T~Ilez
AGRADECIMIENTOS:
Agradezco a la UNAM , donde a través de su Facultad de Estudios Superiores
Cuautitlan, me permitió formarme como persona y realizar mis estudios
profesionales.
Al Maestro Gerardo Sosa por asesorarme en la presente Tesis y a todos mis
profesores por sus enseñanzas y su dedicación dentro de la Universidad,
A Doña Pavis y Don Luci, no tengo palabras para expresar mi sentimientos, pero
sepan que sus enseñanzas y cariño, son invaluables en mi vida. Y que los llevo
en mi corazón.
Mis hermanos Noe, Araceli y Elena, con quienes conviví muchos años de mi
vida y en los cuales aprendí mucho de ellos. Y a Tomas que no solo lo quiero
como hermano, su presencia fue motivación para llegar a donde estoy.
Sayil y Tenoch, son ustedes mi motivación de ser cada día mejor y de ver las
cosas de otra manera y que con solo verlos y tenerlos en mi corazón son la
alegría de mi vida, espero no defraudarlos y contar con ustedes por un largo
tiempo.
Ditto aunque al final fue diferente, te agradezco tu amor, cariño y amistad que
me brindaste, y que después de todo ambos terminamos el mismo logro. Gracias
Karina.
Danke Nicole für deine Liebe , weil dein zufalliges Treffen viele Traume in mein
Leben gebracht hat, und ich hoffe, dass wir zusammen mehr tráumen werden.
Die Liebe macht Zauberei, und die Zauberei ist mit dir gekommen.
A mis amigos de toda una vida, amigos de escuela, de la vida diaria, de la
universidad, del montañismo y de trabajo, donde cada uno de ellos me enseño y
me brindo una amistad, gracias a todos. Y a Gustavo, no es amigo mío, es un
hermano más en mi vida.
APLICACiÓN DE NEUMÁTICA Y CONTROL EN UN PROCESO
INDUSTRIAL DE EMBALAJE
INTRODUCCiÓN.
PARTE I
1.- EL DISEÑO EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES .
1.1 PROCESO DEL DISEÑO. 6
• TIPOS DE DISEÑO 6
• PRINCIPIOS. 7
1.2 RESPONSABILIDAD DEL PROYECTISTA DE MÁQUINAS. 8
1.3 PROCESOS INDUSTRIALES. 8
• ACTIVIDADES ECONÓMICAS. 8
• CLASIFICACiÓN DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES. 10
2.- MATERIALES ..
2.1 LOS MATERIALES EN LA INGENIERíA.
• TIPOS DE MATERIALES.
2.2 ALUMINIO.
• PROPIEDADES DEL ALUMINIO EN LA INGENIERíA.
2.3 ALEACIONES EN INGENIERíA.
• TIPOS DE ALEACIONES.
• ACEROS AL CARBONO Y BAJA ALEACiÓN .
• ACEROS DE ALTA ALEACiÓN .
• METALES NO FERROSOS.
2.4 PRINCIPALES PRUEBAS MECÁNICAS .
• ENSAYO DE TENSiÓN.
• ENSAYO DE DUREZA.
• ENSAYO DE ENERGíA DE IMPACTO.
• ENSAYO DE FATIGA.
• ENSAYO DE TERMOFLUENCIA .
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3- PERFIL DE ALUMINIO .
3.1 INTRODUCCiÓN. 24
• BENEFICIOS SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO. 24
3.2 SISTEMAS DE SUJECiÓN PRE-DISEÑADOS . 25
3.3 APLlACIONES. 26
4. NEUMÁTICA .
4.1 INTRODUCCiÓN.
• MÁQUINA NEUMÁTICA.
• RENTABILIDAD DE LOS EQUIPOS NEUMÁTICOS.
• COMPARACiÓN DE NEUMÁTICA EN LA INDUSTRIA.
4.2 COMPONENTES NEUMÁTICOS.
• CILINDROS.
• VÁLVULAS.
• MOTORES NEUMÁTICOS.
• ACTUADORES GIRATORIOS .
• SELECCiÓN DE COMPONENTES .
4.3 SIMBOLOS Y ESQUEMAS NEUMÁTICOS.
• LíNEAS DE FLUIDO.
• EQUIPOS DE LíNEA.
• ACTUADORES.
• DISTRIBUIDORES.
• MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO.
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4.4 PROCESOS INDUSTRIALES CON MECANISMOS NEUMÁTICOS.
• DOSIFICADOR DE LíQUIDOS.
• ALIMENTADOR DE PIEZAS.
• APILADORES.
• ALIMENTADOR VIBRATORIO DE PIEZAS.
4.5 MANIPULACiÓN Y TRANSFERENCIA.
• CAMBIO DE POSICiÓN SOBRE TRANSPORTADOR.
• CARGA SOBRE UN PLATO GIRATORIO.
• MANIPULADO DE BOTELLAS Y SIMILARES.
• SíMBOLOS PARA OPERACIONES DE MANIPULACiÓN.
4.6 APLICACIONES DE NEUMÁTICA.
4.7 AIRE COMPRIMIDO.
• INTRODUCCiÓN.
• PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO.
• PRODUCCION DEL AIRE COMPRIMIDO.
• TIPOS DE COMPRESORES.
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5. PLC (CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE)..••.••••••••••••••..••••.•...•••...••.•.....•••. •.•...••.••• ••••••••••••••••
5.1 TIPOS DE APLICACiÓN. 66
• CONTROL DE PROCESOS. 66
• VISUALIZACiÓN DE PROCESOS. 67
• MÁQUINAS CNC. 68
5.2 PARTES DE UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE. 68
• EL PROCESADOR. 69
• EL PROGRAMA. 71
SECCiÓN DE ENTRADA I SALIDA. 73
5.3 COMPONENTES DE UN EQUIPO DE CONTROL. 77
• HARDWARE. 77
• SOFTWARE. 77
• SENSORES. 78
• ACTUADORES. 82
5.4 ELABORACiÓN DE UN PROGRAMA. 83
• 1° PASO. CONSIDERACIONES. 83
• 2° PASO. LISTADO DE DIRECCIONES. 83
• 3° PASO, PROGRAMACiÓN. 84
• 4° PASO. IMPLEMENTACiÓN SOBRE CONTROL. 84
5.5 TIPOS DE PROGRAMACiÓN. 85
DIAGRAMA DE CONTACTOS (KOP). 85
• DIAGRAMA DE FUNCIONES (FUP). 87
• LISTADO DE INSTRUCCIONES (AWL). 88
• PROGRAMAS SECUENCIALES. 89
5.6 ASPECTOS FUNDAMENTALES EN LA PROGRAMACiÓN. 90
• ENTRADAS Y SALIDAS. . 90
• RECORTADORES. 91
• ENLACES. 91
• INSTRUCCIONES. 92
• ENLACES LÓGICOS. 92
6. CONTROL Y AUTOMATiZACiÓN..•..•••••••••••••.••••.•...••••.•••.••••••••.••••••••.•••....••••••••••..••••••.•••.•••••.
6.1 AUTOMATIZACiÓN Y ROBÓTICA. 94
6.2 RELACiÓN ENTRE EL CONTROL Y LOS PROCESOS INDUSTRIALES. 96
• TIPOS DE CONTROL. 97
20 PARTE
7.- INGENIERIA INDUSTRIAL EN EL PROCESO. ....................•........ .. ••••••••..•... ..••••••.•.. ... ••••••••......
7.1 ORGANIZACiÓN DE LA PLANTA. 100
7.2 PLANEACIÓN y ANÁLISIS DEL PROCESO. 100
o DISEÑO DE LAS PIEZAS. 101
o MATERIALES. 101
o PROCESOS DE MANUFACTURA. 102
o CONDICIONES DE TRABAJO. 102
o DISTRIBUCiÓN DEL EQUIPO EN LA PLANTA. 102
8.- PROCESO INDUSTRIAL DE EMBALAJE .
8.1 JUSTIFICACiÓN.
8.2 EMBALAJE.
8.3 APLICACiÓN DEL PROCESO DE EMBALAJE.
8.4 COMPONENTES DEL PROCESO.
o ELEMENTOS MECÁNICOS.
o COMPONENTES NEUMÁTICOS.
o COMPONENTES DE CONTROL.
o CROQUIS DEL PROCESO INDUSTRIAL DE EMBALAJE.
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9.- COMPONENTES MECÁNICOS ..
9.1 TRANSPORTADOR DE BANDA SINFíN DE ALIMENTACiÓN. 111
o BANDA. 112
o TENSORES. 112
o PLANOS DE LA BANDA DE ALIMENTACiÓN. 113
9.2 ESTRUCTURA DE PERFIL. 114
9.3 TRANSPORTADOR DE BANDA SINFíN DE DESCARGA CON SISTEMA DEAVANCE. 115
o PLANOS DE LA BANDA DE DESCARGA. 116
9.4 COMPRESOR. 118
o LUBRICACiÓN DE UN COMPRESOR. 118
o ACCESORIOS DE LOS COMPRESORES. 118
10.- COMPONENTES NEUMÁTICOS .
10.1 ACTUADORES GIRATORIOS.
o TIPO DSR.
o TABLA DE CARACTERíSTICAS.
o PLANO DEL ACTUADOR GIRATORIO.
10.2 ACTUADORES CON GUíA LINEAL.
o TABLA DE CARACTERíSTICAS.
o PLANO DEL ACTUADOR CON GUíA LINEAL
10.3 ACTUADORES SIN VÁSTAGO.
o TABLA DE CARACTERíSTICAS.
o PLANO DEL ACTUADOR LINEAL.
10.4 CILINDRO DE BLOQUEO.
o TABLA DE CARACTERíSTICAS.
o PLANO DEL PISTÓN DE TOPE.
10.5 VENTOSAS.
o FUERZAS QUE ACTUAN EN LA VENTOSA.
o TIPOS DE VENTOSA.
o TABLA DE CARACTERíSTICAS.
o PLANO DE LA VENTOSA.
10.6 OTROS DISPOSITIVOS.
o UNIDADES DE MANTENIMIENTO.
o MANÓMETROS.
• TUBOS FLEXIBLES Y RACORES.
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11.- AUTOMATIZACiÓN••••••.•••.•.••••••••••••••••••••••.••••....•••••...•••••..•••.••••••.••••••..••.••.••••.•.•••.•••••.•••••••
11.1 AUTOMATIZACiÓN FLEXIBLE.
11.2 IMPLEMENTACiÓN DE AUTOMATIZACiÓN.
11.3 SOFTWARE Y HARDWARE.
• CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE.
o SENSOR.
o DIAGRAMA A BLOQUES.
• PROGRAMA.
11.4 PLANOS DEL PROCESO.
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12.- MANTENIMIENTO SEGURIDAD INDUSTRIAL..•.....•••...•.•••....• ••..••••••••••••.•..•••••••••..•.•.. ••••••••••••
12.1 MANTENIMIENTO DE LA MÁQUINA.
o REGLAS DE MANTENIMIENTO.
12.2 MANTENIMIENTO NEUMÁTICO.
o MANTENIMIENTO EN LA PRODUCCiÓN DE AIRE.
o RED DE DISTRIBUCiÓN .
o CILINDROS y ACTUADORES.
o VÁLVULAS .
12.3 PLAN DE MANTENIMIENTO.
12.4 PREVENCiÓN DE ACCIDENTES.
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFíA.
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INTRODUCCiÓN
Hace años el hombre no sabía de cual seria el alcance de una máquina, y mucho
menos se imaginaba que las máquinas desarrollaran las mismas actividades que el hombre.
Hoy en día en las grandes empresas, la mano de obra del hombre esta siendo reemplazada,
por diversas máquinas capaces de realizar las mismas actividades que el hombre.
Debido a la problemática de población, la industria requiere de procesos industriales más
eficaces, de máquinas lo suficientemente rápidas y eficaces para satisfacer las condiciones
que el mercado requiere, dentro de una línea de producción, el último paso del proceso, es el
embalaje del producto, en el cual se procesan los elementos para su conteo y
empaquetamiento es por eso que se requiere de mecanismos capaces de lograr un embalaje
rápido, eficaz y seguro.
Para la elección del tema a realizar el trabajo, fueron útiles los años, en los cuales elabore en
una empresa, la cual al principio desarrollaba mecanismos sencillos como bandas, estructuras
de acero comercial, gabinetes de control y con estas experiencias, al cabo de un tiempo se
empezaron a realizar máquinas industriales más complejas, algunas eran principalmente
mecánicas, después se introdujo la neumática y el control. Con estas herramientas tuve un
acercamiento a la industria de procesos, en donde observe la importancia que tiene los
dispositivos mecánicos-neumáticos controlados por medio de dispositivos de control.
El siguiente diseño es de un dispositivo recomendado para una planta envasadora de
alimentos, en donde algunos productos son almacenados dentro de cuerpos cilíndricos de
aluminio, y se requiere aumentar el número de elementos por jornada de trabajo, además el
producto debe de acomodarse en cajas de plástico para su distribución.
El trabajo presenta una máquina, con elementos neumáticos, los cuales son fijados por
diferentes materiales, ya sea aluminio, acero o nuevos materiales. Y en el aspecto de
Automatización se recomienda el PLC y su programa respectivo.
El proceso industrial anterior de esta maquina es el proceso de etiquetado del producto, y el
proceso posterior es el de envoltura de la caja, la máquina va a embalar en este ejemplo 16
elementos por caja. El diseño presentado en este trabajo no es la única opción posible, y
dependiendo de las condiciones de demanda y de los elementos a manipular, el diseño se
puede modificar así como también el programa del PLC.
El dispositivo se puede adaptar dependiendo de los elementos a manipular, ya que las
bandas pueden ser más largas, más altas, más ancha el área de transporte o variar la
velocidad de la banda, dependiendo de la producción, si los elementos fueran más pequeños
o más grandes las ventosas se pueden cambiar. Con esto se puede afirmar que su utilización
puede aplicarse en diferentes tipos de la industria como por ejemplo; en la industria
farmacéutica, en la de alimentos, en embotelladoras, en industria química, etc.
El trabajo consiste en dos partes, la primera parte trata lo relacionado con la teoría, en donde
se describe los conceptos básicos, y la segunda parte la aplicación práctica. A continuación
describo brevemente los capítulos.
En el capítulo uno, se mencionan la clasificación de los tipos de diseño mecánico, las
principales virtudes que debe de tener el ingeniero mecánico al diseñar, o rediseñar una
máquina y los tipos de procesos industriales.
En el capítulo dos, se enuncian los diferentes tipos de materiales en la ingeniería, ya que el
resultado de la máquina depende frecuentemente del material, es muy importante el acierto
en su elección, lo que requiere amplio conocimiento, se mencionan las principales pruebas
mecánicas que se someten las diferentes aleaciones del acero.
El capítulo tres, explica como la nueva tecnología que existe actualmente en lo que se refiere
a los materiales ha crecido considerablemente, existen nuevas aleaciones, y nuevos
acabados de materiales de forma estructural, que dependiendo del diseño, estos se adaptan a
sus necesidades, además de ser mas resistentes a esfuerzos, son más resistentes a la
corrosión y otras ventajes en lo que se refiere a propiedades físicas, sino además son menos
pesados o con mejor acabado. Esto permite que los diseñadores tengan una amplia gama de
materiales, que se adaptan perfectamente a cualquier tipo de proceso industrial.
El tema de neumática, capítulo cuatro, es de suma importancia, hoy en día la neumática tiene
un auge ascendente, ya que se puede aplicar en cualquier proceso industrial logrando con
esto más calidad, seguridad y eficacia, en este tema se compara los equipos neumáticos con
los diferentes tipos de energía en la industria, se mencionan los principales componentes
neumáticos, y la simbología empleada en la elaboración de esquemas y se dan ejemplos de
aplicación de neumática en algunos procesos industriales. Al final se mencionan las
propiedades del aire comprimido, su producción y los diferentes tipos de compresores que
existen, su importancia para poder aprovechar los diferentes dispositivos neumáticos, los
cuales tienen una amplia gama de movimientos y tipos de aplicación.
En el capítulo cinco, se hace mención de las partes de un controlador lógico programable
(PLC). El PLC es importante para lograr la automatización del dispositivo, ya que se encarga
de descargar las instrucciones que debe seguir la máquina, sus tipos de aplicación, los
2
componentes principales, como se puede elaborar un programa y se mencionan los
principales tipos de programación.
El capítulo seis, define los tipos de automatización que existe, la relación entre control y los
procesos industriales, el control aplicado a la neumática ha logrado desarrollarse, de tal
manera que hoy en día no se puede imaginar un proceso neumático sin control, es por eso,
que es de gran importancia el control en los procesos industriales, ya que con ello se logra
calidad y eficacia en lo diferentes tipos de procesos y seguridad del personal encargado del
dispositivo, por ultimo se menciona los tipos de operación con que funciona una máquina.
El capítulo siete, correspondiente a la segunda parte del trabajo se toma en cuenta la
organización de la planta industrial, en la cual se analiza, planea y recomienda la máquina.
El proceso industrial de embalaje, descrito en el capítulo ocho, indispensableen las empresas
donde se manipulan piezas ya acabados o semiacabados, tales como botellas, envases,
cajas, u otro objeto con las mismas dimensiones, este proceso consiste en ordenar y
enumerar estas piezas provenientes de una banda, y son desplazadas a otra banda, en
donde se acomodan mediante pistones, ventosas y guías neumáticas. Aquí se aplica el
dispositivo a un ejemplo ya práctico como se menciono anteriormente a una planta
empaquetadora de alimentos y se diseña tomándose en cuenta las condiciones de demanda
de la producción, el capítulo contiene los componentes mecánicos, neumáticos y de control, al
final se agrega un croquis de una primera idea del mismo.
El capítulo nueve, describe los planos relacionados al diseño, los cuales se desarrollaron en
Autocad (Diseño Asistido por Computadora), permitiendo entender las dimensiones de las
piezas y su funcionamiento dentro del mecanismo. Los planos son de gran importancia ya que
podemos comprender como se desarrollan uno por uno los pasos del proceso, y tener una
idea de el tamaño real del mecanismo y de las mismas piezas. También se describen las dos
bandas de alimentación, así como sus elementos principales, la estructura de perfil
recomendada, sus planos correspondientes y el tipo de compresor opcional para el
funcionamiento de los elementos neumáticos.
El capítulo diez, menciona los elementos neumáticos principales recomendados para
manipular los elementos, también los planos de los diferentes elementos neumáticos permiten
una fácil comprensión, y además de los planos se agrega las características mecánicas de los
elementos neumáticos.
3
Los elementos de control, capítulo once, no solo están definidos, sino también se desarrolla el
programa del PLC, para operar el dispositivo, el programa se desarrolló en Gx Developer
versión 6, y al final se agregan los pasos a seguir del proceso de embalaje.
Finalmente es de gran importancia el mantenimiento neumático tanto preventivo como
correctivo, es por esto que en el capítulo doce se especifican las condiciones que permiten un
buen funcionamiento del mecanismo y una máquina de vida útil. Así como una breve
explicación sobre la prevención de accidentes dentro de la planta.
4
PARTE I 
-1. EL DISENO 
EN LOS 
PROCESOS INDUSTRIALES 
5 
1.1 PROCESO DEL DISEÑO 
Diseño es conjuntar cosas nuevas o ya existentes, orientadas a un nuevo camino para 
satisfacer una necesidad. 
El hombre siempre ha utilizado los recursos y las leyes de la naturaleza para beneficiar a la 
humanidad. El diseño trata de solucionar problemas reales aunque también hace uso del 
sentido común. la mayoría de las veces la problemática del diseño no solo tiene una solución 
única, sino que además existen varias alternativas de diseño las cuales dan solución al 
problema, por lo que se debe de analizar el mejor diseño para una sola solución correcta. 
Cabe mencionar que para la realización de un buen diseño se debe tener plenamente 
identificada la necesidad, para así poder llegar a un buen desarrollo y no desviarse del 
objetivo o necesidad. 
TIPOS DE DISEÑO 
Estos se pueden clasificar en tres tipos: 
1. Diseño original. 
2. Diseño evolutivo. 
3. Diseño de variante. 
DISEÑO ORIGINAl. 
El objetivo es buscar un diseño novedoso, lo cual implica que su principio de funcionamiento 
no existe, por lo que implica investigar y desarrollar este nuevo principio. El diseñador debe 
considerar todas las soluciones posibles al problema planteado, pero lo tanto debe ampliar 
sus pensamientos lo más posible. 
DISEÑO EVOLUTIVO. 
Aquí el principio de funcionamiento ya existe pero se busca mejorar el dispositivo, un avance 
o modificación en su funcionamiento, todo esto para lograr mejoras. Basados en este principio 
se pueden hacer modificaciones para realizar una tarea diferente. 
DISEÑO DE VARIANTES. 
También llamado rediseño busca un cambio en escala, dimensiones, capacidad o algunos 
detalles de un diseñado anterior. Lo importante en este diseño es no afectar el principio de 
funcionamiento el cual debe ser el mismo del anterior. 
6 
PRINCIPIOS 
El diseño involucra ciertas actividades que son necesarias desarrollar durante todo el proceso 
de diseño: 
a. Reconocer la necesidad. 
El reconocer la necesidad significa analizar y darse cuenta de que algo esta fallando 
para el bienestar y comodidad del entorno, examinar y estar conscientes de que existe 
algún problema o falla en algún artículo, producto o maquinaria, todo esto para 
enterarse de la identidad, naturaleza y circunstancias que lo rodea. 
b. Definir el problema. 
En la definición del problema se deben definir los objetivos, metas, requerimientos, lo 
que no se desea del producto a diseñar, todo se debe hacer lo más especifico posible. 
c. Recabar información. 
En un diseño siempre se debe saber en que se basa su principio de funcionamiento, los 
materiales a emplear para evitar la falla, el proceso de manufactura, etc. Para esto se 
debe tener un conocimiento previo sobre varias áreas, pero es muy importante también 
tener una información suficiente para apoyarnos y respaldar nuestro diseño. 
Para lo cual existen varias fuentes de información, como son revistas técnicas, libros 
especializados, reportes de compañías, catálogos, patentes, información proveniente 
de proveedores e información vía Internet. 
d. Conceptualización. 
Aquí se involucra una integración que determina los elementos, mecanismos, procesos 
que en alguna u otra combinación encamina a la satisfacción de la necesidad. Es 
donde empieza a utilizarse las inventivas así como la creatividad para el desarrollo del 
diseño. 
e. Evaluación. 
En la evaluación se integra el desarrollo de cálculos a detalle del diseño partiendo del 
modelo analítico, este cálculo generalmente es matemático, donde se revisan las 
ecuaciones utilizada, operaciones, etc. Aquí la selección de materiales contra la falla 
juega un gran papel. 
f. Comunicación sobre el diseño. 
Por último para el desarrollo posterior de un diseño es la forma en que se expreso 
finalmente el diseño para modificaciones o simplemente para el mantenimiento del 
mismo, lo cual se logra mediante dibujos a escala o en información electrónica. 
7 
1.2 RESPONSABILIDAD DEL PROYECTISTA DE MÁQUINAS 
Un proyectista debe poseer muchas aptitudes, entre las cuales son: 
a) Conocer la teoría de resistencia de materiales a fin de que sus análisis sean los mas 
acertados posibles. Las diversas partes y piezas de la máquina deben tener resistencia y 
rigidez adecuada. 
b) Conocimientos de las propiedades de los materiales empleados en las máquinas, por lo 
tanto debe tener los medios adecuados para conocer los nuevos materiales que se 
producen con nuevas propiedades. 
c) Estar familiarizado con las características económicas de los diversos procesos de 
fabricación, ya que las piezas que constituyen la máquina deben ser producidas a coste 
competitivo. 
d) Conocimientos especializados sobre diversas circunstancias, tales como los de las 
propiedades de los materiales en diferentes atmósferas corrosivas, a muy bajas 
temperaturas o a temperaturas relativamente elevadas. 
e) Capacidad para decidir acertadamente en diferentes circunstancias como la compra de 
materiales (motores, equipo neumático, elementos de máquina) además resolver casos 
especiales como vibraciones o sonidos posibles. 
f) Algunos dotes de sentido estético, ya que el producto debe atraer al comprador. 
g) Conocimientos de economía y costes comparativos. Todo lo que suponga un aumento del 
coste debe quedar justificado por una mejora del funcionamiento, adición de alguna 
peculiaridad favorable o aumento de vida útil. 
1.3 PROCESOS INDUSTRIALES 
ACTIVIDADES ECONÓMICAS 
Las actividades económicas de cualquier país pueden ser agrupadas en cuatro procesos 
industriales, los cuales constituyen un sistema económico. 
1. Industrias primarias. 
11. Industrias de transformación. 
111. Distribución.IV. Servicios. 
8 
Las industrias primarias representan el proceso que suministra las materias primas que se 
necesitan en una economía moderna; minerales, combustibles, granos, productos alimenticios 
velJetalEiS y animales. El suministro de estas materias es la actividad que corresponde 
a empresas tales como la agricultura, la minaría, la de la caza y la 
pesca, mismas que son llamadas industrias primarias. 
Las industrias de transformación, es el conjunto de procesos mediante las cuales las materias 
primas se someten a la fabricación, o sea que se convierten en formas diversas a través de 
los procesos de manufactura. En este tipo de industrias se llevan a cabo diferentes procesos 
de fabricación: 
.. Manufactura de productos alimenticios. 
• Elaboración de bebidas. 
• Fabricación de textiles . 
.. Fabricación de calzado. 
• Fabricación de productos del tabaco. 
• Fabricación de artículos de madera y caucho. 
• Fabricación de y derivados de papel. 
.. Industrias de cuero y 
• Fabricación de VVUIJI'V;:, de hule. 
• Industrias 
• Derivados de y carbón mineral. 
-Industrias metálicas básicas. 
• Fabricación de maquinaria. 
'" Construcción de equipo eléctrico y electrónico. 
• Industrias manufactureras diversas. 
Gracias al proceso de distribución, las materias primas y los artículos manufacturados pasan 
de a productor, de los productores a los vendedores y finalmente, a los 
consumidores. En esta se encuentran las llamadas empresas comerciales. las cuales 
facilitan el paso de mercancías desde el estado de materias primas brutas, a través de las 
fases de tratamiento y fabricación, hasta los consumidores finales. 
Por último, la prestación de servicios es un parte de la economía, que últimamente ha 
aumentado considerablemente su importancia, ya que si bien un gran número de personas se 
encuentra en la y manejo de artículos tangibles. 
9 
otras que realizan una variedad infinita de servicios en todos los niveles de un sistema 
económico tales como servicios domésticos, servicios y financieros a los 
individuos y empresas, servicios mecánicos en las fabricas y en las comunidades, el 
abastecimiento de calor, de luz y de energía y otros similares que se clasifican generalmente 
como servicios públicos. 
CLASIFICACiÓN DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES 
En la fabricación de cualquier producto se requiere, en de la realización de uno o 
varios procesos que pueden ser más o menos ya sea en las fases 
de y purificación de las materias primas, en la transformación de éstas y la 
elaboración de los productos finales o en la manufactura total de un 
a) Procesos físicos básicos. 
Raras veces se puede someter a una transformación una materia en la forma en 
que es obtenida; lo común es que antes de la elaboración haya una fase de 
nr¡::,n,:¡r,:¡rif,n y acondicionamiento. 
Los procesos básicos necesarios para esto se dividir en 
transporte, trituración, tamizado, desempolvado, mezclado, absorción, 
filtración, decantación, centrifugación, calentamiento, 
destilación y sublimación. 
Estos procesos básicos tienen naturaleza física, pero no se les 
trazar un limite dado que pueden estar incluidas al mismo 
transformaciones 
b) Procesos 
(la disolución y la destilación son 
básicos. 
claros de 
los procesos físicos básicos son muy no suelen constituir el 
núcleo del proceso total, sino que este radica más a menudo en la realización de las 
reacciones a las cuales se les denomina procesos químicos básicos. 
Por ejemplo los procesos térmicos desempeñan un importante, en 
inorgánica y tiene lugar frecuentemente en la de reacciones de 
óxido-reducción. 
Los métodos de condensación y polimeradón constituyen ""'''';""I,.,.,,,,,nt,, los dominios 
de la industria de resinas y fibras artificiales. 
10 
2. MATERIALES 
11 
2.1 LOS MATERIALES EN LA INGENIERíA 
En el proyecto y manufactura de un producto, es esencial que el material y el método de 
fabricación sean compatibles, los materiales difieren ampliamente en sus propiedades físicas, 
sus características de máquinabilidad, su grado de conformación plástica en sus posibles 
índices de vida de servicio. El proyectista deberá considerar estos factores al seleccionar el 
material más económico y el adecuado, el proceso que sea el correcto para el producto que 
se estudia. 
Dado que hay un número infinito de materiales no metálicos y de materiales aleados o no 
aleados, es necesario realizar un estudio concienzudo para llegar a seleccionar el material 
más adecuado. 
TIPOS DE MATERIALES 
Por conveniencia la mayoría de los materiales de la ingeniería están divididos en cinco 
principales grupos. 
1. Materiales metálicos. 
Son sustancias inorgánicas que están compuestos de uno o más elementos metálicos, 
pudiendo contener también algunos elementos no metálicos. Algunos elementos metálicos 
son hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio. Elementos no metálicos como carbono, 
nitrógeno y oxígeno, pueden también estar contenidos en los materiales metálicos. Los 
metales son en general buenos conductores eléctricos y térmicos. Muchos son 
relativamente resistentes y dúctiles a temperaturas ambiente. y otros mantienen alta 
resistencia incluso a elevadas temperaturas. 
Los metales y aleaciones a su vez se dividen normalmente en dos clases: metales y 
aleaciones ferrosas, que contienen un alto porcentaje de hierro. 
11. Poliméricos. 
Debido a la naturaleza de su estructura interna, la mayoría son malos conductores 
eléctricos, algunos de estos materiales son buenos aislantes. La rigidez y ductibilidad de 
estos materiales varía ostensiblemente. En general, los materiales poliméricos tienen 
bajas densidades y temperaturas de fluencia o descomposición relativamente bajas. 
111. Cerámicos. 
Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos 
cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no 
cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría tiene alta dureza y resistencia al calentamiento, 
pero tienden a la fragilidad mecánica. 
12 
Las ventajas de los materiales cerámicos para su uso en motores son; bajo peso, alta 
rigidez y dureza, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades 
aislantes. 
IV. Materiales compuestos. 
Los materiales compuestos son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos 
constan de un determinado material reforzante y una resina compatible aglomerante con 
objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas. Dos destacados 
tipos de materiales compuestos la fibra de vidrio reforzada en matriz de poliéster y las 
fibras de carbono en una matriz epoxídica. 
V. Materiales electrónicos. 
Es un tipo de material extremadamente importante para la nueva tecnología. Uno de los 
más importantes de estos materiales electrónicos es el silicio puro, al que se le puede 
modificar de distintos modos para cambiar sus características eléctricas. Una gran 
cantidad de complejos circuitos electrónicos pueden ser miniaturizados en un chip de 
silicio de aproximadamente un cuarto de pulgada cuadrada. 
2.2 ALUMINIO 
PROPIEDADES DEL ALUMINIO EN LA INGENIERíA 
El aluminio posee una combinación de propiedades que le convierten en un material 
extremadamente útil, es un metal ligero, tiene una baja densidad de 2.7 g/cm 3 , o sea con un 
tercio con la densidad del acero, haciéndolo particularmente útil para el transporte de 
productos manufacturados. 
El aluminio se utiliza cuando el peso es un factor importante, como ocurre en las aplicaciones 
aeronáuticas y de automotores. También tiene una buena resistencia a la corrosión en la 
mayoría de los entornos naturales debido a la película de óxido que se forma en su superficie. 
El aluminio es no tóxico y se utiliza ampliamente para empaquetar y contener alimentos. Las 
buenas propiedades eléctricas del aluminio le hacen adecuado para muchas aplicaciones 
dentro de la industria eléctrica. 
A pesar deque el aluminio puro tiene poca dureza, puede ser aleado hasta alcanzar una 
fuerza de 100 ksi (690 MPa). El aluminio también responde fácilmente a los mecanismos de 
endurecimiento. 
13 
La siguiente tabla compara la resistencia del aluminio puro recocido con aleaciones 
endurecidas mediante diversas técnicas. Las aleaciones pueden ser 30 veces más resistentes 
que el aluminio puro. 
PROPIEDADES DEL ALUMINIO PURO Y DE DIFERENTES ALEACIONES ENDURECIDAS. 
Materia I 
Aluminio puro recocido 
(99.99 % Al) 
Aluminio puro comercial 
(recocido 99 % Al) 
Endurecido por solución 
sólida (1.2 % Mn) 
Aluminio puro trabajado 
en frió un 75 % 
Endurecido por 
dispersión (5 % Mg) 
Endurecido por 
envejecimiento 
(5.6 % Zn - 2.5 % Mg) 
. 
Resistencia a la 
Esfuerzo de f1uencia Elongación 
tensión 
(Qsil---. 
(psi) (%) 
6500 2500 60 
5000 45 
16000 6000 35 
42000 22000 35 
- ..---- -----.., ... ----..;..., 
83000 73000 11 
---~------------~~--------~ 
Por otra parte el aluminio no suele presentar un límite de resistencia a la fatiga bien definido, 
de modo que la falla ocurre incidentalmente aun a esfuerzos muy bajos. Debido a su bajo 
punto de fusión, el aluminio no se comporta bien a temperaturas elevadas, finalmente las 
aleaciones de aluminio tiene escasa dureza lo que origina poca resistencia al desgaste 
abrasivo en muchas condiciones. 
Debido a su bajo costo comparado con otros materiales y además de sus propiedades, hacen 
de este metal uno de los más importantes a nivel industria. 
2.3 ALEACIONES EN INGENIERíA 
Los metales y las aleaciones poseen muchas propiedades útiles en ingeniería, por lo 
consiguiente hay una extensa gama de aplicaciones en diseños de ingeniería. La mayor parte 
de los diseños de ingeniería que requieren del soporte estructural de cargas o de transmisión 
de potencia involucran aleaciones ferrosas. El hierro y sus aleaciones (principalmente de 
acero) representan aproximadamente el 90 % de la producción mundial de metales, 
fundamentalmente debido a la combinación de su buena resistencia, tenacidad y ductibilidad 
con su relativo bajo costo. Cada metal tiene propiedades especiales para proyectos de 
ingeniería y su utilización depende de un análisis comparativo con otros metales. 
14 
TIPOS DE ALEACIONES 
La amplia variedad de aleaciones en ingeniería que existen se puede dividir en dos tipos: 
• Aleaciones ferrosas son aquellas que se basan en el hierro, en las cuales se incluyen 
aceros al carbono, aceros aleados y hierros fundidos. 
• Las aleaciones no ferrosas son los demás metales que no contienen hierro como 
constituyente principal. 
ACEROS AL CARBONO Y BAJA ALEACiÓN 
Casi todas las aleaciones caen en esta categoría, debido a razones obvias, son de precio 
moderado por la ausencia de grandes cantidades de elementos aleables, y son lo 
suficientemente dúctiles para moldearse con facilidad, el producto final es resistente y 
durable. 
La siguiente tabla es un sistema de designación para estas aleaciones útiles, es el sistema 
AISI - SAE (American Iron and Steellnstitute) - (Society of Automotive Engineers), en el cual 
los dos primeros números dan un código para designar el tipo de adiciones de aleaciones y 
los dos o tres últimos números dan el contenido promedio de carbono en centésimas de 
porcentaje de peso. 
SISTEMA DE DESIGNACION AISI - SAE PARA LOS ACEROS AL CARBONO 
Y DE BAJA ALEACiÓN. 
10XX 
11XX 
12XX 
15XX 
TIPO DE ACERO Y CONTENIDO NOMINAL DE ALEACION. 
ACEROS AL CARBONO 
Al carbono no aleado (Mn 1.00 % máx.) 
Resulfurizado 
Resulfurizado y refosforizado 
al carbono (salto) 1.00 a 1.65 
~------~ ACERO~A~L~M~A~N~G~A~N~ES~O~.----~~-----' 
13XX 
23XX 
25XX 
Ni 3.50 
Ni 5.00 
ACEROS AL NIQUEL 
ACEROS AL NIQUEL - CROMO 
31XX Ni 1.25; Cr 0.65 y 0.80 
32XX Ni 1.75; Cr 1.70 
33XX Ni 3.50; Cr 1.50 y 1.57 
34XX __ --1 Ni 3.00; Cr 0.77 
40XX 
44XX 
Mo 0.20 Y 0.25 
Mo 0.40 Y 0.52 
ACEROS MOLIBDENO 
15 
41XX 
-----' 
43XX 
43BVXX 
47XX 
81XX 
86XX 
87XX 
88XX 
93XX 
94XX 
97XX 
98XX 
ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO 
Cr 0.50, 0.80 Y 0.95; Mo 0.12, 0.20, 0.25 Y 0.30 
ACEROS AL NíaUEL-CROMO-MOLlBDENO 
Ni 1.82; Cr 0.50 y 0.80; Mo 0.25 
Ni 1.82; Cr 0.50; Mo 0.12 y 0.25 V 0.03 
Ni 1.05; Cr 0.45; Mo 0.20 y 0.35 
Ni 0.30; Cr 0.40; Mo 0.12 
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.20 
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.25 
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.35 
Ni 3.25; Cr 1 .20; Mo 0.12 
Ni 0.45; Cr 0.40; Mo 0.12 
Ni 0.55; Cr 0.20; Mo 0.20 
Ni 1.00; Cr 0.80; Mo 0.25 
.....----....., ACERO"'"S''''''"A7;L;''-'N'''"'laUEL-MOLlBDENO 
46XX 
48XX 
50XX 
51XX 
SOXXX 
51XXX 
52XXX 
Ni 0.85y 1.82; Mo 0.20 y 0.25 
Ni 3.52; Mo 0.25 
ACEROS AL CROMO 
Cr 0.20, 0.40, 0.50 Y 0.65 
Cr 0.80, 0.87, 0.92, 0.95, 1.00 Y 1.05 
cro.50} 
Cr 1.02 I C 1.00min 
Cr 1.45 
ACEROS AL CROMO-VANADIO 
____ Cr 0.60, 0.80 Y 0.95; V O. O 'i 0~1!.'5"lJo1!i~ __ _ 
72XX -----.." 
92XX 
-~-
9XX 
XXBXX 
XXLXX 
ACEROS AL TUNGSTENO-CROMO 
W 1.75; Cr 0.75 
ACEROS AL SILICIO-MANGANESO 
Si 1.40 Y 2.00; Mn 0.65, 0.82, Y 0.85; Cr 0.00 0.65 
ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Y BAJA AL~ACIÓN 
varios grados SAE 
aceros al boro 
B denota al boro 
aceros plomados 
L denota acero plomado 
Por ejemplo, un acero al carbono no aleado con 0040 % de peso de C, es acero 1040, 
mientras que un acero con 1045 Cr y 1.50 % de peso de C, es acero 52150. 
16 
ACEROS DE ALTA ALEACiÓN 
Este tipo de aleaciones se debe de hacer con cuidado y justificación ya que son muy 
costosas. Los tres principales casos, en donde los 
justifican las composiciones de alta aleación 
rimíAnln~ del diseño de ingeniería 
"""""P'"lT""'P de carbono por arriba del 5 % de 
peso) 
.. Los aceros inoxidables . 
.. Los aceros para herramientas . 
.. 
Los aceros inoxidables requieren adicionales de aleación para el daño causado por 
una atmósfera corrosiva. Son más resistentes a la herrumbre y a la decoloración, esto se 
debe a la cantidad de cromo, de por lo menos 4 % de peso y por lo común cerca de 10 "lo de 
peso, y veces se usan cantidades tan altas como 30 % de cromo. 
Los aceros para herramientas se utilizan para cortar, moldear o dar forma a otro material, su 
es que pueden proporcionar la dureza necesaria con tratamientos térmicos más 
y mantener esa dureza a temperaturas de operación más altas. Los principales 
elementos aleantes que se usan en estos materiales son tungsteno, molibdeno y cromo. 
El término se refiere a una amplia clase de metales, en con alta 
resistencia a elevadas (mayores a 1000 OC). Hay tres tipos de 
a base de a base de hierro-níquel y a base de cobalto, muchas de ellas contienen 
adiciones de cromo para la resistencia a la oxidación y corrosión, las son 
en aspas y alabes para turbinas de gas y motores a reacción, cambiadores de calor, 
elementos para de reacciones químicas y equipo para tratamientos térmicos. 
Estos materiales son muy costosos, pero los requerimientos cada vez más severos de la 
tales costos. 
METALES NO FERROSOS 
En volumen, menos del 20 % de los metales que se usan para productos industriales no son 
aunque estos metales en estado puro poseen algunas propiedades útiles, éstos rara 
vez son utilizados, porque carecen de estructuras resistentes, por esta razón, se mezclan con 
uno o más de otros elementos para formar una aleación que tenga propiedades 
Las características de las aleaciones no ferrosas son la 
resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica, y facilidad de fabricación. 
17 
La selección de una aleación no ferrosa particular es un acomodo entre una resistencia 
adecuada, facilidad de fabricación , volumen, costo de materiales, mano de obra y las 
propiedades estéticas del producto. 
La mayoría de los metales no ferrosos son más resistentes al agua o humedad y pueden 
usarse en exteriores sin pintura o recubrimiento. 
PROPIEDADES APROXIMADAS DE LOS METALES MÁS COMUNES. 
RESISTENCIA A Ir DUCTIBIUDAD I PUNTO DUREZA METAL LA TENSiÓN FUSiÓN 
j MPa I~ % oC BRINELL 
~ 
Ferrosos 
Fundición hierro gris 110,207 0-1 1370 100-150 
Hieromaleable 276-345 1-20 1360 100-145 
Acero 276-2070 15-22 1425 110-500 
Fundición hierro blanco 310 0-1 1370 450 
Hierro forzado 242-324 30-35 1540 90-110 
-r- -
No ferrosos 
Aluminio 83-310 10-35 660 30-100 
Cobre 345-689 5-50 1080 50-100 
Magnesio 83-345 9-15 650 30-60 
Níquel 414-1103 15-40 1450 90-250 
Plomo 18-23 25-40 325 3.2-4.5 
Titanio 552-1034 1800 158-266 
Fundición zinc 48-90 2-10 785 80-100 I 
2.4 PRINCIPALES PRUEBAS MECÁNICAS 
Anteriormente se ha dicho que los metales se utilizan en diseños de ingeniería por muchas 
razones, pero por lo regular sirven como elementos estructurales. El comportamiento 
mecánico de los materiales se describe mediante sus propiedades mecánicas, que son 
simplemente los resultados idealizados de ensayos. Estas pruebas están diseñadas para 
representar diferentes tipos de condiciones de carga. 
• Ensayo de tensión. 
• Ensayo de dureza. 
• Ensayo de energía de impacto. 
• Fatiga. 
• Ensayo de termofluencia. 
18 
ENSAYO DE TENSiÓN 
Una de las preguntas en un diseño, que un ingeniero se plantea sobre un material es; ¿Que 
tan resistente es? y ¿Cuánta deformación se tendrá para una determinada carga? 
Esta descripción de los materiales obtiene mediante la prueba de tensión. 
El ensayo de tensión se utiliza para evaluar la resistencia de los metales y aleaciones. 
En esta prueba se trata de hacer que la muestra de metal se rompa en un periodo de tiempo 
relativamente corto a una velocidad constante. 
Los datos obtenidos del registro gráfico para la prueba de tensión se pueden convertir en 
datos de esfuerzo mecánico, y se puede construir una gráfica del esfuerzo mecánico respecto 
a la deformación usual en ingeniería. 
ENSA YO DE TENSION. 
~ ( Celda de carga 
~---- Sujetadores 
') ( -
11 1 Longitud 
~(----- Espécimen 
E3 ~(--- Cruceta 
El ensayo de prueba consiste, en una probeta típica tiene un diámetro de 0.505 pulg. y una 
longitud de calibración de 2 pulg. La probeta se fija en la máquina de ensayo de materiales y 
se aplica una fuerza F, llamada carga. Un deformímetro o extensometro se usa para medir el 
alargamiento de la probeta entre las marcas de calibración cuando se aplica la fuerza 
De esta prueba se obtiene datos importantes de los materiales tales como: Módulo de 
elasticidad, esfuerzo de fluencia convencional, resistencia máxima a la tensión, porcentaje de 
elongación y porcentaje de reducción del área en la fractura. 
ENSAYO DE DUREZA 
El ensayo de dureza mide la resistencia a la penetración sobre la superficie de un material, 
efectuada por un objeto duro. Se han diseñado diversas pruebas de dureza, pero las 
comúnmente usadas son el ensayo Rockwell y el Brinell. 
El ensayo de dureza Rockwell utiliza una bola de acero de diámetro pequeño para materiales 
suaves, y un cono de diamante para materiales más duros. 
19 
La penetración de profundidad la mide automáticamente el instrumento de prueba, y es 
convertida a un índice de dureza Rockwell. 
Por otro lado en el ensayo de dureza Brinell consiste en una esfera o bola de acero duro, 
normalmente de 10mm de diámetro, se hace presionar sobre la superficie del material y se 
calcula el índice de dureza Brinell (Brinell hardness number). 
Finalmente los ensayos Vickers y Knoop son pruebas de microdureza; forman penetraciones 
tan pequeñas que se requiere un microscopio para efectuar la medición. 
Los índices de dureza se usan principalmente como base de comparación para materiales, 
especificaciones de fabricación, tratamiento térmico, control de calidad, correlación con otras 
propiedades y comportamiento de los materiales. 
COMPARACIÓN ENTRE DIFERENTES ENSA YOS DE DUREZA. 
ENSAYO PENETRADOR APLICACiÓN. 
Brinell Bola de 10 mm 3000 Hierro fundido y acero 
Brinell Bola de 10 mm 500 Aleaciones no ferrosas 
Rockwell A Cono 60 Materiales muy duros 
Rockwell B Bola de 1/16 pulg. 100 Latón y acero de baja resistencia. 
RockwellC Cono 150 Acero de alta resistencia. 
Rockwell D Cono 100 Acero de aHa resistencia. 
Rockwell E Bola de 1/8 pulg. 100 Materiales muy suaves. 
Rockwell F Bola de 1/16 pulg. 60 Aluminio y materiales suaves. 
Vickers 
Pirámide de 
10 Materiales muy duros. 
diamante 
Knoop 
Pirámide de Todos los materiales. 
diamante 
ENSAYO DE ENERGíA DE IMPACTO 
Para poder seleccionar un material que resista un choque o golpe intenso y repentino. Debe 
medirse su resistencia a la ruptura mediante una prueba de impacto. Se ha diseñado un 
procedimiento, el ensayo de Charpa. 
El ensayo consiste en un péndulo pesado que parte de una altura, la cual gira describiendo un 
arco, golpea y rompe una probeta, alcanzando una elevación menor al final. Conociendo las 
elevaciones inicial y final del péndulo, se puede calcular la diferencia de energía potencial, 
esta diferencia es la energía de impacto absorbido por la probeta durante la ruptura. La 
capacidad de un material para resistir el impacto suele denominarse tenacidad del material. 
20 
ENSAYO DE FATIGA 
En muchas aplicaciones un componente se somete a la aplicación repetida de un esfuerzo 
inferior al de fluencia del material. Este esfuerzo repetido puede ocurrir como resultado de 
cargas de rotación, flexión o aun de vibración. 
Aunque el esfuerzo sea inferior al punto de fluencia, el metal puede fracturarse después de 
numerosas aplicaciones del esfuerzo, este tipo de falla es conocido como fatiga. 
ENSAYO DE LA VIGA EN VOLADIZO ROTATIVO. 
motor--+ 
jetador / probeta 
~ensión 
---.:;. ____ cojinete 
~ 
compresión 
carga 
Un método común para medir la resistencia a la fatiga es el ensayo de la viga en voladizo 
rotativo. 
El extremo de una probeta maquinada cilíndricamente se monta es un dispositivo acoplado a 
un motor, en el otro extremo se suspende un peso. La muestra soporta inicialmente una 
fuerza de tensión que actúa en la superficie superior, mientras que la superficie inferior se 
comprime. 
Después que la muestra gira 90°, los sitios que originalmente estaban en tensión y en 
compresión no reciben esfuerzo alguno sobre ellos Después de una rotación de 180°, el 
material que estaba originalmente en tensión está ahora en compresión y viceversa. 
De aquí que el esfuerzo en cualquier punto de la probeta pasa por un ciclo completo que va 
de cero a máxima tensión, y de cero a máxima compresión, después de un número suficiente 
de ciclos, la muestra va a fallar. 
ENSAYO DE TERMOFLUENCIA 
Si se aplica un esfuerzo a un material que está a temperatura elevada, dicho material puede 
estirarse y finalmente fallar, aun si el esfuerzo aplicado es menor que el de fluencia a tal 
temperatura, la deformación plástica a las temperaturas altas es conocida como 
termofluencia. 
21 
TEMPERA TURAS APROXIMADAS A LAS CUALES SE MANIFIESTA LATERMOFLUENCIA 
PARA CIERTOS METALES Y ALEACIONES. 
METAL 
Aleaciones de aluminio 
Aleaciones de titanio 
Aceros de baja aleación 
Aceros de alta temperatura 
superaleaciones de níquel y de cobalto 
Metales refractarios (tungsteno y molibdeno) 
TEMPERATURA 
e C) 
200 
325 
375 
550 
650 
1000-1550 
Para determinar las características de termofluencia de un material, se aplica un esfuerzo 
constante a una probeta cilíndrica colocada en un horno. Tan pronto se aplica el esfuerzo la 
probeta se alarga elásticamente una pequeña cantidad, dependiendo del esfuerzo aplicado y 
del modulo de elasticidad del material a esa temperatura. 
22 
3. PERFIL 
DE 
ALUMINIO 
23 
3.1 INTRODUCCiÓN 
Como ya se mencionó anteriormente, el aluminio es un material de gran alcance dentro de la 
industria, tomando en cuenta sus características mecánicas. 
La ex!rusión de aluminio como un producto estructural es una nueva tecnología, con la cual 
se pueden lograr mejoras dentro del diseño mecánico. 
Fue introducido en Europa a finales de los 70's y posteriormente fue aceptado en América en 
los 90's y continua actualmente su crecimiento y expansión. 
BENEFICIOS SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO 
Los beneficios que se logranen la aplicación de este material en comparación con estructuras 
de acero son: 
• Flexibilidad y versatilidad . 
.. Modificaciones de expansión fáciles. 
• Estética. 
• Seguridad ambiental. 
.. Velocidad de armado . 
.. Terminado anodizado. 
• No corrosivo. 
• No se requiere acabado adicional. 
.. No sufre deformaciones por calentamientos. 
Además, existen otras ventajas en la aplicación del perfil de aluminio, referente a 
programación, versatilidad en aplicaciones y acabado. 
• Tiempos más cortos de diseño desde la idea original hasta el producto final. 
• Software específico para diseñar con aluminio. 
• Relación peso I resistencia . 
.. Estructuras menos pesadas . 
.. Variedad de formas y tamaños de los accesorios. 
24 
Variedad de formas y tamaños de los accesorios. 
3.2 SISTEMAS DE SUJECiÓN PRE-DlSEÑADOS 
En lo que se refiere a punto de ensamble, el perfil estructurado nos permite armar estructuras 
por muy complejas que sea de manera más sencilla, ya que existen diferentes materiales de 
ensamble. 
Accesorios de sujeción. 
Variedad de accesorios para acabados. 
• Accesorios de montaje al piso. 
• Movimiento lineal. 
• Accesorios eléctricos. 
• Accesorios neumáticos. 
• Fácil de ensamblar, agregar y desensamblar. 
• Modificaciones fáciles. 
25 
Accesorios para acabados. 
3.3 APLICACIONES 
Las aplicaciones del perfil estructural se encuentran en casi todos los procesos industriales. 
• Guardas y gabinetes para maquinaria. 
• Bastidores y bases de maquinaria. 
• Charolas de almacenaje y carros de material. 
• Estaciones de trabajo y áreas de ensamble. 
• Transportadores. 
• Gabinetes para cuartos limpios . 
• Sistemas Pick and Place. 
• Sistemas de deslizamiento lineal 1, 2, 3 o más ejes. 
• Manejo de materiales. 
• Dispositivos de montaje de herramientas y fijación. 
• Prototipos y desarrollo de investigación. 
• Cubiertas a prueba de ruido. 
26 
Guardas para maquinaria y control de líneas 
de producción de Federal Mogul. 
Gabinetes para maquinaria de una línea de ensamble de 
Bosch S.A de C. V. 
27 
Estaciones de trabajo de manipulación de la línea de 
empaque de Maizoro S.A de C. v. 
Manejo de la producción de Bujías en Champion de México. 
28 
, 
4. NEUMATICA 
29 
4.1 INTRODUCCiÓN 
MÁQUINA NEUMÁTICA 
Los mecanismos son los nexos de unión entre los elementos motores que impulsan las 
máquinas y los dispositivos que efectúan el final encomendado. En neumática los 
mecanismos son lodos elementos intercalados entre el vástago roscado del cilindro, 
del eje del motor de un actuador de y el accionamiento final, que hace 
el trabajo de cortar, de levantar de etc. 
La definición de una ",,,¡.,,<>nr¡n las directivas en vigor desde 1 o de enero 
de 1995 por la U. E. es: "Una neumática es un montaje de o componentes 
unidos entre ellos y que por lo menos uno de ellos se mueve, con los actuadores apropiados, 
circuitos de potencia y contro!, unidos entre sí para una aplllcaclon "'''''''>''I!."", 
para el traslado o de material". 
Las máquinas pueden dividirse en tres 
1. Motores. Reciben la 
.. Cilindros neumáticos . 
.. Motores rotativos . 
.. Actuadores de giro. 
y la transforman en movimíentos . 
en particular 
2. Mecanismos o elementos de Son los intermediaríos. Toman energía de los 
motores y la vierten en los 
.. Fijaciones de cilindros . 
.. Engranajes . 
.. Cuñas . 
.. Palancas. Etc. 
3. Operadores. Son el último eslabón de la cadena, y hacen el trabajo útil de cortar, 
levantar, girar, retener, etc. 
RENTABILIDAD DE LOS EQUIPOS NEUMÁTICOS 
Como consecuencia de la automatización y la fuerza de trabajo manual ha 
sido reemplazada por otras formas de una de éstas es muchas veces el aire 
comprimido, en aplicaciones como: traslado de accionamiento de palancas, 
transporte de piezas, etc. 
El aire comprimido es una fuente cara de 
La producción y acumulación del aire """'Ylnirimirln 
dispositivos suponen gastos elevados. 
pero sin duda, ofrece indudables ventajas. 
así como su distribución a las máquinas y 
30 
Pudiera pensarse que el uso de aparatos neumáticos está relacionado con costos 
especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el cálculo de la rentabilidad es necesario 
tener en cuenta, no sólo el costo de energía, sino también los costos que se producen en 
total. En un análisis detallado, resulta que el costo energético es despreciable junto a los 
salarios, costos de adquisición y costos de mantenimiento. 
La versatilidad distingue a aquellas instalaciones industriales que son capaces de adaptarse, 
ya sea automática o manualmente, a los cambios que experimentan las funciones de 
producción en cada uno de sus sistemas parciales. 
Ello significa que las instalaciones versátiles permiten: 
• Fabricar de modo económico. 
• Elaboración de piezas diferentes. 
• Elaboración de piezas en un orden indistinto. 
• Elaboración de cantidades variables. 
Al comparar los actuadores neumáticos con otro tipo de actuadores, podemos constatar que 
la neumática cubre una gama muy amplia de aplicaciones. La hidráulica ofrece ventajas si son 
necesarias grandes fuerzas para ejecutar las maniobras, los actuadores eléctricos son más 
económicos si los movimientos son lentos. 
COMPARACiÓN DE NEUMÁTICA EN LA INDUSTRIA 
La decisión de qué forma de energía es la más idónea y rentable para la materialización de un 
actuador en la industria depende de muchos factores distintos. La tabla siguiente da una 
visión de conjunto de las diferentes posibilidades de aplicación, los costes, así como las 
ventajas y los inconvenientes de diversas formas de energía. 
TABLA DE COMPARACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ENERGíA. 
Neumática Hidráulica Electricidad 
Disponibilidad El aire está disponible en 
La adquisición y la Por regla general 
del medio cualquier lugar 
eliminación del aceite está disponible en 
originan costes todos los lugares 
El aire comprimido es un 
Limitada capacidad de Posible s610 con 
Capacidad de 
excelente acumulador de 
almacenamiento; se gran dificultad y en 
almacenamiento 
energra 
necesita gas como pequeñas 
medio compensador cantidades 
Transporte de Hasta 1000 m (caída de Hasta 100 m (caída de Prácticamente 
energía presión) presión) sin limitaciones 
31 
A la presión usual de 6 bar. Gran densidad de En función de la 
Fuerza lineal potencia por la transmisión 
hasta 48.000 N 
elevada presión mecánica 
Gran densidad de 
El tamaño del motor 
Fuerza rotativa 
A la presión usual de 6 bar, 
potencia por la 
decide, sin 
hasta más de 150 Nm conversión de 
elevada presión 
energía 
Admite carga hasta la 
Admite carga hasta la 
parada; máximo No admite carga 
Sobrecarga parada; en parada no hay 
consumo de energía hasta la parada 
consumo de energía 
en parada 
Fácil de conseguir con Fácil de conseguir con 
Sólo a partir de 
movimiento 
Movimiento cilindro; grandes cilindro; buena 
giratorio con 
lineal aceleraciones y regulación en la gama transmisión 
desaceleraciones de velocidades lentas mecánica 
Motores de aire comprimido Más lenta que la 
Movimiento hasta 500.000 r.p.m.; neumática; excelente El mejor 
rotativo inversión sencilla del sentido regulación en caso de rendimiento 
de giro movimientos lentos 
Derivado del 
Movimiento Realizable hasta 360
0 a movimiento 
través de cilindro con 
Por medio de oilindro o giratorio a través de 
oscilante 
cremallera y piñón o aletas 
actuador basculante elementos 
mecánicos 
Si no se toman 
Consumo de Con plena fuerza, 
medidas 
energía en 
Con plena fuerza, ningún 
consumo máximo de 
especiales, la 
parada 
consumo de energía 
energía 
parada bajo carga 
provoca la 
destrucción 
Regulación de Sencilla, mediante válvula 
Sencilla, mediante 
válvula reguladora de Gran complejidad 
la fuerza reguladora de presión 
presión 
Regulación de 
Sencilla, con válvula de Regulación excelente 
estrangulación o válvula de y muy exacta en la Gran complejidad 
la velocidad 
purga rápida gamalenta 
Costes de la 1 m3 de aire comprimido es Presiones elevadas y Los más bajos 
energía de bajo costo el aceite originan costes de energra 
costes 
32 
El aire comprimido es 
insensible a fluctuaciones de 
Influencia de la la temperatura; en caso de 
temperatura humedad elevada del aire, 
grandes velocidades de flujo 
y temperatura ambiente baja , hay riesgo de congelación 
Excepto la pérdida de 
energía, ninguna repercusión 
Fugas, riesgos negativa; el aire comprimido 
de accidente se disuelve en la atmósfera; 
cuidado con mangueras y 
tubos sueltos 
4.2 COMPONENTES NEUMÁTICOS 
CILINDROS 
Sensible a 
fluctuaciones de 
temperatura (cambios 
Insensible 
en la viscosidad) 
I 
I 
Gran riesgo de fugas Peligro de muerte 
debido a las altas en caso de contacto 
presiones; con alta tensión 
I 
El cilindro es un elemento productor de trabajo en un equipo neumático, su trabajo es generar 
un movimiento rectilíneo, subdividido en carrera de avance y retroceso, y de este modo 
transforma la energía estática en trabajo mecánico. Los cilindros por sus características 
pueden ser: 
• Cilindros de simple efecto. 
• Cilindros de doble efecto. 
• Cilindros especiales. 
Tipos de cilindro utilizados en los diferentes procesos industriales. 
33 
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO. 
Existen dos diferentes tipos de construcción básicos para los cilindros de simple efecto el 
cilindro de membrana y el cilindro de émbolo, pero los más empleados en los diferentes 
procesos es el cilindro de émbolo, por lo tanto explicaremos este tipo de cilindro. 
Cada cilindro esta constituido por los siguientes elementos básicos: tubo del cilindro, tapas de 
cierre anterior y posterior, émbolo y vástago. A todas estas partes debe añadirse los 
elementos de enlace y juntas, así como también una guía para el vástago del émbolo. 
El tubo del cilindro se fabrica por lo general de tubos de acero estirados sin soldadura, y las 
superficies anteriores de deslizamiento se les dan un acabado de precisión o un rectificado. 
Para las tapas de cierre se emplean con preferencia materiales de fundición (fundición de 
aluminio o fundición maleable). Los componentes individuales son en su constitución muy 
semejantes, pero presentan algunas diferencias según el fabricante de las mismas. 
En los cilindros de simple efecto, el aire comprimido sólo actúa sobre una de las caras del 
émbolo, por lo que solo puede producir trabajo en un sentido. Según el montaje del equipo 
neumático, el cilindro se simple efecto puede aplicarse para ejercer tracción, o para presionar. 
La carrera de retorno, que en este caso es siempre el recorrido en vació, se lleva a cabo 
mediante un resorte recuperador incorporado o mediante fuerzas exteriores que actúan sobre 
el vástago del émbolo. En la figura siguiente se observa las partes de un cilindro de simple 
efecto. 
TOMA DE AIRE 
COMPRIMIDO 
p 
ISTÓN DE FORMA DE VASO 
CUERPO DEL CILINDRO ¡ MUELLE DEL RECUPERADOR 
W§. ~ 
TAPA 
GUíA DEL VÁSTAGO 
. VÁSTAGO 
Cilindro de simple efecto 
34 
CILINDROS DE DOBLE EFECTO. 
El cilindro de aire comprimido de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de 
émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. 
En el cilindro de doble el tubo del cilindro se fabrica por lo general a base de tubo de acero 
estirado sin soldadura, que en casos particulares puede ser de aluminio, latón o bronce. 
Para evitar una intensa abrasión del émbolo elástico, a la superficie deslizante del tubo del 
cilindro se le da un acabado de precisión o un rectificado. El fondo y la cubierta son con 
preferencia piezas de fundición de metal ligero, la fijación del fondo y de la cubierta al tubo del 
cilindro puede realizarse mediante varillas tirantes, roscas o bridas. En la cubierta se utiliza un 
collarín para la estanqueidad del vástago del émbolo, el casquillo del cojinete sirve como guía 
del vástago. 
Con el fin de que no pueda penetrar ninguna suciedad del exterior en el recinto del cilindro, ni 
siquiera por adherencia al vástago, se monta un anillo exterior de barrido (junta rascadora), 
Para emplazamientos donde haya gran cantidad de suciedad, se prevé, en sustitución del 
anillo de barrido, un fuelle que protege la parte saliente del vástago en todo su recorrido. 
CILINDROS ESPECIALES 
En la industria existen ejecuciones especiales de los cilindros normales y cilindros específicos, 
que contienen denominación propia de acuerdo con su función, estas ejecuciones se refieren 
al programa de fabricación estándar y no al cambio de alguna pieza particular del cilindro. 
Los cilindros Tandem, se reúnen en un mismo tubo dos cilindros de doble efecto colocados en 
serie de tal modo que se suman las fuerzas producidas por ambos, mediante esta disposición 
se duplica aproximadamente la fuerza del cilindro, ya que el producto de la presión del aire 
por la superficie de los dos émbolos se transmite al vástago en su avance. 
El cilindro de múltiples posiciones es asimismo una combinación de al menos dos cilindros 
neumáticos de doble efecto, dispuestos con las tapas posteriores encaradas; obteniéndose 
así un cilindro de cuatro posiciones, este cilindro se caracteriza por el hecho de que son 
posibles más de dos posiciones definidas de maniobra. 
35 
POSICIONES DE 
MANIOBRA 
1 2 3 4 
~ 
fi l 11 1 
Cilindro de multiposiciones en cuatro posiciones de operación. 
Al grupo de los cilindros especiales pertenecen también el cilindro rotativo, el movimiento del 
vaivén rectilíneo del émbolo se transmite a una rueda dentada a través de una cremallera 
situada en el vástago del émbolo, y puede tomarse como un movimiento de rotación, la 
rotación máxima puede llegar a ser de 360 oC pero generalmente es menor de 180°C a 
290°C. 
El cilindro de impacto, recibe este nombre debido a su elevada velocidad de avance, que se 
produce porque en el cilindro existe una precamara en la que el aire se acumula hasta una 
determinada presión, al alcanzarse ésta, pasa a actuar bruscamente sobre la parte posterior 
del émbolo. El efecto de impacto sólo actúa en un sentido y la carrera de retroceso se efectúa 
como en los cilindros normales. 
CARACTERíSTICAS TÉCNICAS PARA LOS CILINDROS 
Presión de funcionamiento. Desde 0.1 hasta 12 bar 
Carreras. Desde 1 hasta 17000 mm 
Diámetros de vástago. Desde 1 hasta 163 mm 
Cilindros Diámetros de émbolo. Desde 2.5 hasta 320 mm 
Fuerza de avance. Desde 2.7 hasta 43400 N 
Velocidad. Desde 5 hasta 15000 mm/s 
Posiciones de aproximación. Desde 2 hasta 4 
36 
En la siguiente figura, se observa los cilindros más comunes utilizados en la industria, los 
cuales según su aplicación se fabrican en diferentes materiales y características. 
I 1 
I 1 
I l· 
E+ 
11········· s!!. !i '--------' 
TIPOS DE CILINDROS 
CON VÁSTAGO REFORZADO 
CON VÁSTAGO SALIENTE EN AMBOS LADOS 
(DOBLE VÁSTAGO) 
CON VÁSTAGO RESISTENTE 
A LOS ÁCIDOS 
CON SUPERFICIES DE DESLIZAMIENTO DEL 
CILINDRO DE CROMO DURO. 
CON JUNTAS RESISTENTES AL CALOR 
HASTA 200 ' c. 
CON TUBO DE CILINDRO DE LATÓN. 
CON RECUBRIMIENTO EXTERIOR DE PLASTICO y 
VÁSTAGO RESISTENTE A LOS ÁCIDOS 
Diferentes tipos de cilindros, los cuales cambian sus características de fabricación 
dependiendo de su aplicación. 
VÁLVULAS 
Las válvulas son los dispositivos que sirven para controlar o regular el arranque, parada o 
sentido así como la presión o el flujo del medio de presión impulsado por una compresora. 
Las válvulas empleadas en neumática sirven principalmente para controlar un proceso 
actuando sobre las magnitudes que intervienen en él. Para poder controlar, se necesita una 
energía de control con la que debe intentarse conseguir el mayor efecto posible con el gasto 
mínimo. 
De acuerdo con la función que realizan; las válvulas neumáticas se clasifican en los siguientes 
grupos principales: 
• Válvulas distribuidoras o de vías. 
• Válvulas antiretorno o de bloqueo. 
• Válvulas reguladoras de presión.• Válvulas reguladoras de flujo o de velocidad. 
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS 
Válvulas distribuidoras según el numero de vías controladas se le llama válvula de dos vías, 
de tres vías, de cuatro vías o de múltiples vías. Los orificios de salida se consideran siempre 
37 
como una sola vía controlada, aun cuando la válvula tenga varios de ellos. En la 
se observa la simbología de las diferentes válvulas distribuidoras o de vías. 
vÁLVULA 212 EN 
POSICiÓN DE REPOSO 
CERRADO P·A 
P R 
r-----------~---_.--.--------_+-------
P R 
VÁLVULA 412 VíAS 
VAL VULA DE elE RRE 
En la figura se representa en dos nn",il"'inr1,"'''' de maniobra el funcionamiento de una válvula de 
tres vías para abierta y cerrada. 
En la 
utilización 
lunc,íonamiefllo de 
Figura 2. 
Esquema de funcionamiento de 
una válvula de cuatro vías. 
con dos orificios de purga. 
de purga, figura 1, la alimentación de la red (P) está cerrada y la tubería de 
esta unida con la atmósfera exterior a través del escape (R). El aire comprimido 
ya usado sale al exterior. 
38 
Una válvula de tres vías, 2, es el elemento básico para el accionamiento de un cilindro 
de simple efecto. Un cilindro de doble efecto por ejemplo, con dos válvulas 
de tres vías o también con una válvula de cuatro vías. 
En esta válvula se accionan alternativamente dos tuberías hacia el consumidor (A y B) Y como 
también intervienen la toma de la red y el escape se tiene ahora cuatro vías para 
controlar. Aunque hay dos orificios de purga en la 
controlada. 
solo cuentan como una vía 
La válvula cerrada es una válvula de vía que no permite el paso en la posición de reposo y 
que en accionamiento circular al aire comprimido; la válvula abierta es justamente lo 
contrario, en reposo el paso está libre y en accionamiento esta cerrada. 
Las válvulas de dos vías sólo en de los equipos neumáticos donde no 
es precisa ninguna purga de un conectado a continuación a través de esa válvula; es 
decir como válvula de paso. Todos los cilindros deben purgarse (dar salida al aire) después 
de realizar el trabajo con el fin de que comenzar una nueva fase. Por consiguiente, se 
precisa una válvula de tres vías para accionar las tres formas siguientes. 
10 vía: toma de la red == alimentación. 
2° vía conducción al consumidor utilización. 
3° purga:::: escape. 
VÁLVULAS DE BLOQUEO 
Las válvulas de bloque cortan el paso del aire comprimido, y de aquí se deriva su nombre. En 
ellas siempre se bloquea un solo sentido del paso, el otro esta libre. Estas válvulas están 
construidas de manera que el aire 
efecto del aire. 
Dentro del grupo de las válvulas de UIU'LjUt:U 
"'4'"!J''''' neumáticos son las 
.. Válvulas de retención, 
lO Válvula selectora (o de doble r"'T,pn,~lnnl 
.. Válvula ""I.",nrll 
.. Válvula de purga 
de retención . 
.. Válvula de simultaneidad. 
VÁLVULA DE 
actúa sobre la pieza de bloque y así refuerza el 
las errlplE3aclas de manera preferente en los 
A diferencia de hidráulica en la neumática se poco las válvulas de las 
válvulas de sobre la del aire comprimido en circulación. 
39 
VÁLVULAS DE FLUJO. 
La acción sobre el caudal, se limita exclusivamente al caudal circulante. En neumática solo se 
emplea para esta finalidad un único tipo de válvula; la válvula de estrangulación de flujo. 
TIPOS DE VÁLVULAS 
Conexiones. Diferentes diámetros. 
Caudal nominal. Desde 4 hasta 30000 IVmin. 
Válvulas Funciones Desde 2 hasta 8 vías 
Presión de funcionamiento Desde O hasta 12 bar 
Paso nominal. Desde 0.4 hasta 40 mm 
ACCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS. 
Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento, debido a que, de 
acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo neumático, el accionamiento se 
empleará como elemento emisor de señal , órgano de control de regulación. La clase de 
accionamiento de una válvula de vías no depende de su función ni de su forma constructiva, 
sino que el dispositivo de accionamiento se agrega a la válvula básica. El mismo 
accionamiento puede ser montado opcionalmente en una válvula de 2, 3 ó 4 vías con dos o 
tres posiciones de maniobra según la clase. 
Existen diferentes tipos de accionamientos los cuales se dividen de la siguiente forma. 
La primera clasificación se establece entre accionamiento directo y accionamiento a distancia, 
en el accionamiento directo, el órgano de mando está directamente sobre la válvula, en todas 
las clases de accionamiento manual y mecánicas. 
En el mando a distancia de una válvula de vía, está separado de ella el órgano accionador 
(emisor de señales), por lo que en neumática son usuales los mandos a distancia neumáticos 
y eléctricos. El accionamiento neumático distingue entre el accionamiento positivo y el 
negativo (pilotaje positivo y pilotaje negativo) según la inversión de la válvula que se efectué 
por un impulso de presión (positivo; el aire comprimido alimentado invierte la válvula) o por 
una reducción de la presión (negativo; el equilibrio de presión establecido en la válvula se 
altera para dar salida al lado de la inversión). Las válvulas accionadas por medios neumáticos 
con posición de reposo automático emplean exclusivamente pilotaje positivo. debido a que 
debe ser vencida la fuerza del resorte. 
40 
Las tuberías de mando en las válvulas de accionamiento neumático no deben ser demasiado 
largas, pues en caso contrario se hacen demasiados largos los tiempos de inversión (llenado 
y purga de las tuberías de control desde el emisor de señal hasta el órgano de mando) y el 
consumo de aire comprimido también se hace demasiado grande. 
MOTORES NEUMÁTICOS 
Los motores de aire comprimido generan un movimiento de rotación que puede transmitirse 
desde un eje giratorio, al igual que en los otros tipos de motores. 
En el motor de aire comprimido se transforma energía neumática en trabajo mecánico, al igual 
que en el cilindro de aire comprimido. El proceso se desarrolla de modo inverso al de la 
compresión. 
Los tipos de motores de aire comprimido tienen el mismo principio que el de los compresores, 
aunque en otras dimensiones y formas. En neumática se emplean principalmente motores de 
aire comprimido del tipo de émbolo, de aletas y de rueda dentada. 
Los motores neumáticos se presentan como una alternativa más que tiene el diseñador de 
máquinas y mecanismos cuando se enfrenta al desarrollo de una determinada aplicación . 
• R.P.M. - regulación. En este aspecto los motores neumáticos e hidráulicos vencen 
sobradamente a los motores eléctricos. Un simple regulador de flujo permite la 
regulación de la velocidad. 
- En los motores neumáticos las r.p.m. aumentan cuando disminuye el esfuerzo 
resistente. 
- El control de la velocidad de un motor eléctrico con rotor en cortocircuito se hace 
interviniendo sobre la frecuencia de la corriente de alimentación. 
- Los motores hidráulicos, debido a que el fluido motor es un líquido, no se acelera 
cuando disminuye la carga si se alimentan a través de un regulador de caudal 
compensado en presión . 
• PAR. El par en lo motores neumáticos y oleohidráulicos es fácilmente controlable o 
limitable ajustando la presión de la alimentación por medio de reductores adecuados. 
Esta facilidad de controlar el Par tiene la aportación que los convierte en no 
sobrecargables, lo cual en el caso de tracción de móviles, obliga a elegir modelos 
superiores. Los motores eléctricos, al ser sobrecargables, permiten una generación de 
potencia muy superior a la continua, durante un periodo de tiempo que precisa el móvil 
para alcanzar la velocidad de régimen. 
41 
• RESISTENCIA AL BLOQUEO DEL EJE. En los motores neumáticos esta característica 
es muy importante en su aplicación sobre herramientas neumáticas portátiles 
(atornilladores, taladros, etc.). 
• PESO. Los motores neumáticos por la baja presión de aire comprimido, se fabrican en 
aleaciones ligeras, lo cual da lugar a que sean mucho más ligeros que los motores 
eléctricos depotencia equivalente. Los motores eléctricos están construidos 
fundamentalmente de hierro y los arrollamientos de cobre. Los motores oleohidráulicos 
también se fabrican en acero . 
• PROTECCION AMBIENTAL. En este punto los motores neumáticos y los 
oleohidráulicos no tienen comparación, con los motores eléctricos, debido a que el aire 
comprimido no produce chispa, ahorra al diseñador todo aspecto relacionado en 
ambientes peligrosos, como minas, industria petroquímica, etc. No solo es importante 
este aspecto en cuanto al motor se refiere, sino además a la línea eléctrica de 
alimentación, armarios de control, etc. Los motores neumáticos pueden trabajar sin 
problemas en ambientes difíciles como maquinaria de cubierta en embarcaciones y 
maquinaria de obras públicas a la intemperie . 
• PRECIOS. El precio de adquisición de los motores neumáticos e hidráulicos es 
considerablemente superior al de los motores eléctricos con rotor en corto circuito, por 
estas razones se emplean en aplicaciones en las cuales se valoran técnicamente las 
propiedades positivas antes resaltadas. 
TIPOS DE MOTORES NEUMÁTICOS. 
Existen dos tipos de motores neumáticos que se subdividen en familias, las cuales a su vez 
se dividen, todo esto con el fin de mejorar sus características dependiendo del tipo de 
aplicación. 
CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE MOTORES. 
Sistema de Axiales 
émbolos Radiales 
Motores 
De expulsión centrIfuga neumáticos 
Sistema de paletas De expulsión por resortes 
De expulsión por aro 
42 
ACTUADORES GIRATORIOS. 
Los actuadores giratorios tienen gran versatilidad, con lo cual se puede aplicar en cualquier 
proceso en donde sea indispensable un movimiento giratorio. Estos actuadores tienen 
diferentes características: 
• Los actuadores son compactos, con lo cual se pueden montar en espacios reducidos. Y 
además gran diversidad de montaje. 
• Tienen gran capacidad de amortiguación de energías. 
• La unidad de salida puede ser de pivote o de eje. 
• El ángulo de giro se puede ajustar dependiendo de la aplicación. 
• Detección sin contacto de las posiciones finales mediante sensores de proximidad. 
Estos actuadores convierten la energía neumática en movimientos angulares de giro. Se 
controlan de manera similar a los cilindros neumáticos. 
Diámetros de cilindro. Desde 6 hasta 100 mm 
Actuadores Ángulos de giro. 
Desde 10 hasta 3600 
giratorios. Momentos de giro. Desde 0.15 hasta 150Nm 
Presión de funcionamiento. Desde 0.5 hasta 15 bar 
Fuerza Desde 15 hasta 1500N 
La elección de un actuador de giro tiene varias facetas a considerar: 
• La determinación del par. 
• La frecuencia máxima de accionamientos. 
• La amortiguación. 
SELECCiÓN DE COMPONENTES. 
• Paso 1. 
Pensar que funciones son necesarias y como depende una de la otra. Determinar qué 
requisitos deben cumplirse y qué condiciones secundarias inciden en la solución elegida. 
Para responder a estas preguntas, es recomendable confeccionar un esquema de 
manipulación que ofrezca una visión de conjunto ilustrativa. 
• Paso 2. 
Un sistema tiene que ejecutar una serie de funciones, tales como desplazar girar, sujetar, 
presionar, prensar y posicionar. En consecuencia, es necesario definir los componentes 
que son necesarios para realizar dichas funciones. Al hacerlo, deberán tenerse en cuenta 
43 
especialmente los tamaños y la construcción de los 
velocidades. 
" Paso 3. 
sus fuerzas y 
También deberá determinarse la forma de controlar los actuadores incluidos en un 
sistema. Para ello recurrirse a válvulas distribuidoras, de caudal, de 
UIL'UU,"U o de presión que pueden controlarse o accionarse de modo manual, 
eléctrico o neumático. Al mismo tiempo deberán considerarse los caudales y la 
inclusión de elementos de control, por ejemplo a efectuar el de los conductos o de 
las 
• Paso 4. 
Definir el modo de establecer la conexión entre los cilindros y las en este caso 
deberán los racores, los tubos flexibles o rígidos, los silenciadores, la transmisión 
de los diámetros y los tamaños de roscas más adecuados. 
" Paso 5. 
Decidir cómo obtener el aire comprimido. Para hacerlo, deberán olc'I"1"'''o numerosos 
por el generador de aire comprimido, las unidades de 
mantenimiento, los filtros, los secadores, las unidades de lubricación, los de 
hasta la válvula de cierre y demás componentes necesarios para 
alimentación del aire f't'\IYln,rirnirln 
• Paso 6. 
Finalmente deberán ,.,.",Y\nl>I"II"l>"CO las secuencias de los movimientos con el sistema de 
control. Ello la electrónica de evaluación y control, los sensores, los 
sistemas de bus y en numerosos casos también deberá seleccionarse la forma de 
transmitir las señales entre la neumática y la parte eléctrica-electrónica y la conexión 
de control de 
4.3 SIMBOLOS y ESQUEMAS NEUMÁTICOS. 
Como en otras ramas hidráulica, construcción) también es preciso en los 
sistemas neumáticos simbolizar los elementos. Muchos de los problemas se pueden resolver 
con secuencias de funciones, en donde se emplea diferente simbología. 
Se distingue entre estos símbolos básicos (manipular, controlar, fabricar), símbolos para 
funciones elementales unir, 
para funciones complementarias (almacenamiento de 
soltar, controlar) y símbolos 
sin orden determinado, 
transportar). Los símbolos y sus respectivas funciones facilitan la descripción de los procesos 
y además, permiten representar las funciones de manera sintética. 
La importancia de simbolizar en los sistemas neumáticos según un determinado código para 
hacer los sistemas más fáciles de comprender, utilizando menor espacio, y más condensación 
de elementos, sin recurrir a grandes dibujos o planos. 
Para la representación de los componentes de circuitos neumáticos los símbolos se agrupan 
en familias, según su aplicación dentro del circuito: 
• Líneas de fluido. 
o Equipos de línea. 
• Grupos de acondicionamiento. 
• Actuadores. 
• Distribuidores. 
• Mecanismos de accionamiento y retorno. 
LíNEAS DE FLUIDO. 
Representan las conducciones y tuberías por las cuales circula el aire comprimido. Se trazan 
líneas perpendiculares. Deben de hacerse el mínimo número de cruces, en los cruces de 
línea si no hay conexión no hay señal especial, más si la hay se señala con un punto. 
La alimentación o suministro de aire se señala por medio de un pequeño circulo con un punto 
central, los escapes se señalan por medio de un pequeño triangulo. Cuando hay varios 
elementos que señalan una unidad, se traza una línea envolvente de trazo y punto alrededor. 
UNE A DE TRABAJO - - - LINEA PILOTO 
.- LINEA NEUMÁ nCA 
(-, 
~f 
SUMINISTRO DE POTENCIA 
+ EMPALMES DE LINEAS CRUCE DE LINEAS SIN EMPALMES 
45 
EQUIPOS DE LÍNEA 
Los filtros y lubricadores se representan por medio de un cuadrado situado de tal manera que 
las líneas de paso y conexiones son prolongaciones de su diagonal, en el interior de este 
cuadrado se indican las líneas definitorias de su función. 
~ FILTRO DE PURGA ~-Y AUTOMÁTICA Y 
~----------------------------+---. -v '"'."00' -«-
ACTUADORES 
Los cilindros se representan por un símbolo rectangular, donde el embolo y el vástago quedan 
muy bien estilizados, si hay un resorte, éste se presenta por una línea en zigzag. La 
amortiguación se representa por medio de un rectángulo dibujado sobre el émbolo; si es 
regulable es atravesado por una flecha inclinada. 
C"'Cr\r·O~() POR MUELLE 
INCORPORADO 
CON AMORTIGUACiÓN 
REGULABLE EN AMBOS 
LADOS 
CON VÁSTAGO SALIENTE EN AMBOS LADOS 
46 
DISTRIBUIDORES 
Tiene un símbolo que una explicación funcional para y analizar muchos 
circuitos. los distribuidores se representan por rectángulos subdivididos, en los cuales cada 
porción representa una n"",u'llm normalmente son de 2 o 3. 
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS 
MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO Y RETORNO. 
vÁLVULAS DE BLOOUEO 
VÁLVULA SELECTORA 
VÁLVULA DE 
SIMULTANEiDAD 
VÁLVULAS DE CAUDAL 
VÁLVULA 
DE ESTRANGULACiÓN 
La representación de estos mecanismos